本发明专利技术涉及制造复合材料的方法，所述复合材料包括浸渍有非晶或半结晶热塑性聚合物的天然纤维的集合体(纤维集合体)，所述方法包括：i)用处于熔融状态(在熔融之后)且包括如下的前体组合物浸渍所述集合体的步骤：a)至少一种所述热塑性聚合物的预聚物P(X)n，所述预聚物包括在其末端具有n个反应性官能团X的分子链P，其中n范围为1-3，特别地n为1或2，且优选2，b)至少一种增链剂Y-A-Y，其包括与所述官能团X的至少一个为反应性的官能团Y；ii)所述预聚物与所述增链剂在熔融状态中通过本体加(聚)进行聚合的步骤，其中：所述热塑性聚合物为所述通过本体加聚进行聚合的结果，和所述浸渍i)和聚合ii)在低于250℃的温度下进行。本发明专利技术还包括用于实施该方法的前体组合物、预浸渍的纤维材料、所获得的最终复合材料和其在航空学、机动车辆、铁路、造船、建筑、休闲、运动和风力领域中作为结构部件的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及制造复合材料的方法，所述复合材料包括浸渍有非晶或半结晶热塑性聚合物的天然纤维的集合体(纤维集合体)，所述方法包括：i)用处于熔融状态(在熔融之后)且包括如下的前体组合物浸渍所述集合体的步骤：a)至少一种所述热塑性聚合物的预聚物P(X)n，所述预聚物包括在其末端具有n个反应性官能团X的分子链P，其中n范围为1-3，特别地n为1或2，且优选2，b)至少一种增链剂Y-A-Y，其包括与所述官能团X的至少一个为反应性的官能团Y；ii)所述预聚物与所述增链剂在熔融状态中通过本体加(聚)进行聚合的步骤，其中：所述热塑性聚合物为所述通过本体加聚进行聚合的结果，和所述浸渍i)和聚合ii)在低于250℃的温度下进行。本专利技术还包括用于实施该方法的前体组合物、预浸渍的纤维材料、所获得的最终复合材料和其在航空学、机动车辆、铁路、造船、建筑、休闲、运动和风力领域中作为结构部件的用途。【专利说明】由天然纤维制成的热塑性复合材料 本专利技术涉及基于天然纤维的热塑性复合材料的制造、涉及产品和方法、涉及用于 该制造的前体组合物和预浸渍的纤维材料、以及涉及与这些材料作为结构部件有关的用 途。 在使用具有能再生和可持续来源的原料的复合物作为基于不能再生的化石来源 的原料的材料的代替物时，在热塑性复合物中使用天然纤维是一直被越来越多感兴趣的。 而且，此外，对于代替合成纤维（通常为了环境保护）以制造具有高含量的能再生和可持续 的原料的复合物，天然纤维例如亚麻纤维是令人感兴趣的。由其产生的更轻的材料因此有 助于减少在机动车辆构造、航空学、造船和铁路领域中的能量消耗，其中复合物部件以改善 的每单位重量的机械性能的比率使用。 另一方面，在复合材料中更广泛的使用天然纤维的重要限制是在高于230°C、特别 地高于250°C的温度下它们缺乏热稳定性。更特别地，在热塑性复合物的情况中，为了热塑 性基体成功地浸渍所述纤维，降低处于熔融状态的热塑性聚合物的粘度以使得该聚合物可 浸渍纤维的集合体是必需的。降低该粘度的一种方式是提高浸渍温度以使该熔融聚合物更 具流动性，但为高的且高于230°C的温度经常是必需的，由此使得这样的使用与高度热敏性 的天然纤维的热稳定性是不相适应的，结果，所述天然纤维可使得它们的结构和性能水平 从230°C开始受影响。同样地，设法为了熔融状态中的浸渍而在较强的压力下、甚至在较低 的温度下工作未使得可获得浸渍的良好折衷，而没有避免这些纤维的性能水平的劣化和破 坏。在包括热塑性基体的复合物的制造中用于合成纤维的浸渍的其它现有技术解决方案推 荐如FR 2 603 891中描述的通过缩聚使用反应性的低Mw预聚物，FR 2 603 891描述用于 制造由用长的增强纤维增强的聚酰胺基体组成的复合材料的方法。这些纤维用聚酰胺预聚 物或低聚物浸渍，所述聚酰胺预聚物或低聚物包括能够通过加热相互反应以使聚合物链延 长的反应性末端官能团。所述低聚物或预聚物具有低的分子量，但所述反应性官能团通过 缩聚进行反应，结果，形成挥发性缩合副产物（水）。这样的挥发性副产物的存在限制该类 型的化学反应的利益（兴趣，interest)，如果反应副产物不被除去的话，但即使在后一情 况中，也需要额外的工艺步骤，由此使其复杂化并降低其生产率且提高其成本。如果这些产 物不被除去，则微泡在材料中形成，这可将复合材料的最终性能水平影响到使其使用令人 不感兴趣的程度。同样地，在FR 2 936 441中推荐使用低Mw非反应性聚合物，但在这种情 况中，由于在热塑性基体的聚合物中不存在链伸长，基体的机械性能水平受到限制。 在天然纤维的情况中，为了通过处于熔融状态的热塑性树脂良好地浸渍这些纤 维，浸渍温度必须被良好地控制且低于230°c和优选低于200°C和更优先不超过190°C (取 决于暴露于这些温度的时间和在该时间被控制的情况下），以避免纤维的结构和它们的性 能水平的热劣化的风险。因此本专利技术的挑战是找到用于浸渍不是非常热稳定的天然纤维的 解决方案，该解决方案使得实现在<230°C、优选<200°C和更优先<190°C的温度下的浸渍， 以不使它们热劣化和不因此影响这些天然纤维和由其产生的复合材料的机械强度。这在保 证具有高到足以保证复合材料在机械应力期间具有最好的机械性能水平的分子量的最终 热塑性基体的同时获得。实际上，该热塑性基体的作用是将由复合物承受的机械应力转移 到所述天然增强纤维。当该基体对所述纤维的浸渍和粘附也是最佳的时，该应力传送或转 移是最优的。当用具有低粘度的所述基体实施浸渍时，这是可能的。显然，对于高分子量的 最终热塑性基体获得低的粘度是不可能的，这是由于该分子量且尤其是由于由所述天然纤 维的低的热稳定性施加的最大浸渍温度的限制。使用较低分子量的所述热塑性聚合物不能 令人满意地解决该问题，因为较低分子量不使得实现在使用范围内、特别是在冲击期间的 高的机械强度。 从而，为了能够补救这些缺点，必须寻找用于制造所述复合物的方法，其容许由反 应性成分进行所述热塑性聚合物的原位聚合，所述反应性成分在反应性混合物中具有与处 于熔融状态的所述热塑性聚合物相比在开始时显著降低的粘度。在现有技术的用于在浸渍 期间降低粘度的解决方案之中有通过缩合反应使用单体或预聚物，但具有这样的产物的存 在或消除：其在用于加工所述复合材料的条件下是气态的或挥发性的，且其可因此在密闭 模具中加工复合物期间产生气态的所述副产物化合物的微泡。然而，在该原位制备中，必须 避免使用在加工期间为潜在的挥发性或气态产物的单体的化学、或产生消除的副产物的化 学，例如使用官能化的预聚物通过酸-胺缩聚反应，所述官能化的预聚物可缩合并引起每 个形成的酰胺基团的一个缩合水分子的消除。实际上，这样的消除的分子可在较高温度的 加工期间以气态在最终复合材料中产生微泡，这使所述材料变弱。被消除的缩合副产物除 了通过该甚至残余的存在影响模塑的复合物部件的机械或化学性能水平之外，还可通过在 消除期间的体积收缩影响模塑的复合物部件的尺寸稳定性。 而且，必须不存在在该制备方法中使用的任何挥发性或气态化合物例如溶剂或单 体，且必须在既没有溶剂也没有气体产物或副产物的情况下经由本体反应从流体状态变成 固体状态。 本专利技术提出使用用于所述热塑性聚合物的前体组合物，其实际上是与至少一种增 链剂组合的低Mn的用于所述热塑性聚合物的反应性预聚物的混合物，所述增链剂通过本 体加聚反应与所述预聚物反应而没有挥发性或气态副产物的任何消除。更特别地，该组合 物可包括：特定的添加剂，其在辐射例如激光辐射例如UV或IR激光辐射的波长下进行吸 收，从而容许在最终加工期间预浸料和/或所述组合物的均匀和即刻的加热，或至少一种 传导电和任选地传导热的填料、特别是碳纳米管或纳米纤丝，从而容许所述组合物的均匀 和即刻的加热以进行熔融和所述天然纤维的浸渍和/或由其产生的预浸料在它最终加工 成最终模塑的复合材料期间的均匀和即刻的加热。这样的特别的方法因此使得可缩短天然 纤维的暴露时间而没有对于其它常规的加热体系存在的温度梯度。 在天然纤维的情况中，没有现有技术文献描述或提出这样的用于解决所述技术问 题的解决方案。 本专利技术首先涉及用于制造包本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于制造复合材料的方法，特征在于，所述复合材料包括一种或多种天然增强纤维的纤维集合体，所述集合体浸渍有至少一种非晶或半结晶热塑性聚合物，和所述方法包括：i)用处于熔融状态且包括如下的前体组合物浸渍所述集合体的步骤：a)至少一种所述热塑性聚合物的预聚物P(X)n，其包括在其末端具有n个反应性官能团X的分子链P，其中n范围为1‑3，特别地n为1或2，优选2，b)至少一种增链剂Y‑A‑Y，其包括与所述官能团X的至少一个反应的官能团Y，ii)所述预聚物与所述增链剂在熔融状态中通过(加)聚进行本体聚合的步骤，和其中：‑热塑性基体的所述热塑性聚合物为所述前体组合物的所述通过加聚进行本体聚合的结果，和‑所述浸渍i)和聚合ii)步骤在低于250℃、特别地低于245℃、优选低于230℃、特别优选低于210℃、更优先低于200℃和甚至更优先不超过190℃的温度下进行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G霍克斯泰特，M奥德内特，T布里福德，
申请(专利权)人：阿克马法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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